JP7415247B2 - 吸気冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、車両のエンジンの吸気を冷却する吸気冷却システムに関する。

エンジンの燃焼室に供給される空気（以下「吸気」ともいう。）を冷却することによりノッキングを抑制する技術が知られている。例えば、特許文献１は、吸気冷却用エバポレータを備える吸気冷却システムを開示している。当該吸気冷却用エバポレータは、車室内の温度の調整を行う空調装置の冷媒通路から冷媒の供給を受け、冷媒と吸気とを熱交換させることにより、吸気を冷却するように構成されている。

国際公開２０１９／０７３７６９号

特許文献１記載の吸気冷却システムは、車室に供給される空気（以下「車室用空気」ともいう。）を冷却するエバポレータとは別に、吸気冷却用エバポレータを備えている。このため、当該吸気冷却システムは、構成が複雑になったり、製造コストが増加したりするという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成により、車室に供給する空気の冷却と、エンジンの吸気の冷却と、を行うことができる吸気冷却システムを提供することを目的とする。

本発明者は、車室用空気の迅速な冷却のために高い冷却能力が要求されるタイミングと、エンジンの吸気の冷却が必要なタイミングと、が重複する可能性は低いという、車両の特性を見出し、本発明の完成に至った。以下、この点について詳述する。

例えば、夏季に車両に乗り込んだ乗員は、車室内の温度（例えば３５℃）を目標温度（例えば２８℃）まで低下させるために、空調装置に冷房運転を開始させる。このとき、空調装置は、車室に迅速に低温空気を供給するために、エバポレータの冷却能力を高める。このように、車室用空気の迅速な冷却のために高い冷却能力が要求されるタイミングは、冷房運転の開始直後であることが多い。

これに対し、乗員が車両に乗り込んで空調装置に冷房運転を開始させた直後は、車両のエンジンの温度はまだ比較的低いため、エンジンのノッキングが発生する可能性は低い。したがって、冷房運転の開始直後にエンジンの吸気の冷却が必要になる能性は低い。

冷房運転の開始から所定時間が経過し、車室内の温度が目標温度に近づくと、空調装置はエバポレータの冷却能力を低下させてよい。この頃には、エンジンの温度が比較的高くなっており、エンジンのノッキングが発生する可能性が高まる。つまり、エンジンの吸気の冷却が必要になる可能性が高い。

このように、車室用空気の迅速な冷却のために高い冷却能力が要求されるタイミングと、エンジンの吸気の冷却が必要なタイミングと、が重複する可能性は低い。これより、本発明者らは、各冷却を、別個のエバポレータを用いることなく、単一のエバポレータを用いて行うことができるという知見を得た。

このような知見の下、本発明は、車両のエンジンの吸気を冷却する吸気冷却システムであって、気相の冷媒を圧縮して液相に変化させるコンプレッサと、コンプレッサから供給される冷媒を膨張させる膨張弁と、内部に冷媒通路が形成され、所定方向における一端部寄りの部分に冷媒通路の入口が設けられ、所定方向における他端部寄りの部分に冷媒通路の出口が設けられ、膨張弁から供給され冷媒通路を流れる冷媒と、外表面を所定方向と直交する方向に流れる空気とを熱交換させることにより、冷媒を気化させるとともに空気を冷却するエバポレータと、を備え、エバポレータは、車両に搭載された空調装置が車室に供給する空気が、入口寄りに位置するエバポレータの第１領域を通過し、エンジンの吸気が、第１領域よりも出口側に位置するエバポレータの第２領域を通過し得るように配置されている。

ほぼ単相流（液相）としてエバポレータ内の冷媒通路の入口に流入した冷媒は、気化しながら冷媒通路を流れることで混相流に変化し、ほぼ単相流（気相）として出口から流出する。つまり、冷媒通路の入口に近い領域では、液相冷媒の割合が高く、冷媒通路の出口に近い領域では、気相冷媒の割合が高い。液相冷媒は、潜熱のため、気相冷媒と比べて高い冷却能力を発揮する。したがって、エバポレータのうち、冷媒通路の入口に近い領域は、冷媒通路の出口に近い領域と比べて、迅速且つ効果的に空気を冷却し得る。

そこで、上記構成では、車室用空気をエバポレータの第１領域に通過させて冷却し、エンジンの吸気をエバポレータの第２領域に通過させて冷却する。エバポレータ内の冷媒通路の入口寄りに位置する第１領域は、第１領域よりも出口側に位置する第２領域と比べて、迅速且つ効果的に空気を冷却することができる。このように、車室用空気をエバポレータの第１領域において優先的に冷却することにより、吸気の冷却に先駆けて、車室用空気を迅速に冷却することが可能になる。

また、車室用空気を第１領域において冷却している間に、エバポレータの構造体における熱伝導により、第２領域を予冷することができる。この結果、エンジンの吸気の冷却が必要となった場合に、第２領域において吸気を迅速に冷却することが可能になる。

本発明において、好ましくは、吸気冷却システムは、膨張弁を制御するコントローラを備え、コントローラは、エンジンの吸気を冷却する場合は、エンジンの吸気を冷却しない場合と比べて膨張弁の開度を大きくする。
この構成によれば、エンジンの吸気を冷却する場合は、エバポレータ内の冷媒通路において液相冷媒が存在する領域を冷媒通路の出口側に拡大することができる。これにより、第２領域に存在する液相冷媒の量を増加させ、確実にエンジンの吸気を冷却することが可能になる。

本発明において、好ましくは、吸気冷却システムは、膨張弁を制御するコントローラを備え、コントローラは、エンジンの吸気の冷却度合が高い場合は、エンジンの吸気の冷却度合が低い場合と比べて膨張弁の開度を大きくする。
この構成によれば、エンジンの吸気の冷却度合が高い場合は、エバポレータ内の冷媒通路において液相冷媒が存在する領域を冷媒通路の出口側に拡大することができる。これにより、第２領域に存在する液相冷媒の量を増加させ、確実にエンジンの吸気を冷却することが可能になる。

本発明において、好ましくは、吸気冷却システムは、エバポレータにおける第１領域と第２領域の割合を変更するダンパを備え、コントローラは、空調装置が車室に空気を供給し且つエンジンの吸気を冷却しない場合は、空調装置が車室に空気を供給し且つエンジンの吸気を冷却する場合と比べて、第１領域の割合を大きくするようにダンパを制御する。
この構成によれば、エンジンの吸気を冷却しない場合は、エンジンの吸気を冷却する場合と比べて第１領域の割合を大きくすることにより、エバポレータにより冷却される車室用空気の流量を大きくすることができる。この結果、エバポレータを大型化することなく、車室用空気の流量を十分なものにすることが可能になる。

本発明によれば、簡易な構成により、車室に供給する空気の冷却と、エンジンの吸気の冷却と、を行うことができる吸気冷却システムを提供することが可能になる。

実施形態に係る吸気冷却システムを搭載した車両の模式図である。 エバポレータを示す模式図である。 コントローラを示すブロック図である。 コントローラが実行する処理を示すフローチャートである。 コントローラが実行する処理を示すフローチャートである。 コントローラが実行する処理を示すフローチャートである。 エバポレータ及びダンパを示す模式図である。 エバポレータ及びダンパを示す模式図である。 エバポレータ及びダンパを示す模式図である。 エバポレータ及びダンパを示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、実施形態に係る吸気冷却システム１について説明する。

＜車両＞
まず、図１を参照しながら、実施形態に係る吸気冷却システム１を搭載した車両１００について説明する。図１は、吸気冷却システム１を搭載した車両１００の模式図である。

車両１００の前端寄りの部分には、エンジン１２０を収容するエンジンルーム１１０が形成されている。エンジン１２０は、複数の燃焼室１２１を有しており、インジェクタ（不図示）から燃焼室１２１に噴射される燃料を燃焼させ、トルクを発生させる内燃機関である。エンジン１２０が発生させたトルクは、エンジン１２０の出力軸（不図示）からパワートレイン（不図示）を介して車輪（不図示）に伝達され、車両１００の走行に用いられるほか、後述するコンプレッサ３１の駆動にも用いられる。燃焼室１２１の圧力ＰＣは、筒内圧力センサ５４により検知される。

エンジンルーム１１０には吸気ダクト１３０が収容されており、この吸気ダクト１３０の内部には吸気通路１３０ａが形成されている。吸気通路１３０ａは、後述する空調装置９を介して取り込んだ空気を流し、スロットル弁１３３を介してエンジン１２０の燃焼室１２１に供給する（以下、この空気を「吸気」ともいう。）。

車両１００の乗員は、アクセルペダル１１５を踏み込むことにより、エンジン１２０が発生させるトルクを調整する。アクセルペダル１１５の踏み込み量が変化すると、インジェクタから噴射される燃料の量と、スロットル弁１３３を通過する吸気の量とが変化し、燃焼室１２１における燃料の燃焼が調整される。

＜吸気冷却システムの構成＞
吸気冷却システム１は、エンジン１２０のノッキングを抑制することを目的として車両１００に搭載されている。具体的には、吸気冷却システム１は、吸気通路１３０ａを流れる吸気を冷却し、これにより燃焼室１２１における燃料の燃焼温度を低下させるために搭載されている。

図１乃至図３を参照しながら、吸気冷却システム１の構成について説明する。図２は、エバポレータ４を示す模式図であり、図３は、コントローラ６を示すブロック図である。図１に示されるように、吸気冷却システム１は、冷媒通路２を備えている。また、吸気冷却システム１は、冷媒通路２に設けられたコンプレッサ３１と、コンデンサ３３と、エバポレータ４と、膨張弁３７と、コントローラ６と、を備えている。後述するように、これらの構成の一部は空調装置９でも用いられる。

冷媒通路２は、冷媒を流して循環させるように構成されている。冷媒通路２は、第１冷媒通路２１と、第２冷媒通路２２と、第３冷媒通路２３と、を有している。第１冷媒通路２１は、コンプレッサ３１が吐出した冷媒を、コンデンサ３３に供給するように構成されており、第２冷媒通路２２は、コンデンサ３３を通過した冷媒を、膨張弁３７を介してエバポレータ４に供給するように構成されており、第３冷媒通路２３は、エバポレータ４を通過した冷媒を、コンプレッサ３１に供給するように構成されている。

コンプレッサ３１は、エンジン１２０の出力軸に連結されている。コンプレッサ３１は、出力軸の回転に基づいて駆動し、冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。コンプレッサ３１はクラッチ（不図示）を内蔵しており、当該クラッチは制御信号に基づいて制御される。コンプレッサ３１の吐出圧力は、クラッチに送信する制御信号を変更することにより調整可能である。

コンデンサ３３は、車両１００のグリル１１１の近傍に配置される熱交換器である。グリル１１１は、車両１００の前端に設けられた開口部である。コンデンサ３３は、グリル１１１からエンジンルーム１１０内に流入する空気が、コンデンサ３３の外表面を流れるように配置されている。コンデンサ３３の内部には通路が形成されており、第１冷媒通路２１から供給された冷媒が当該通路を通過し、第２冷媒通路２２に排出される。

エバポレータ４は、熱交換器であり、後述する空調装置９のケーシング９１内に配置されている。図２に示されるように、エバポレータ４は、Ｘ軸方向寸法がＹ軸方向寸法及びＺ軸方向寸法よりも小さい偏平形状を呈している。

エバポレータ４は、コア４Ｃ１～４Ｃ６により構成されている。各コアは、複数のチューブ（不図示）の集合体である。各チューブはＺ軸方向に延び、且つ、Ｙ軸方向に互いに間隔を空けて配置されており、その内部に冷媒を流す冷媒通路４１が形成されている。１つのコアに属するチューブは、全て同一方向に冷媒を流すように構成されている。

コア４Ｃ１とコア４Ｃ２、コア４Ｃ３とコア４Ｃ４、及び、コア４Ｃ５とコア４Ｃ６は、それぞれ、－Ｚ方向端部において互いに連通している。また、コア４Ｃ２とコア４Ｃ３、及びコア４Ｃ４とコア４Ｃ５は、それぞれ、＋Ｚ方向端部において互いに連通している。これにより、エバポレータ４の内部には、概ね矢印Ａ２１のように、コア４Ｃ１～４Ｃ６の順に冷媒を通過させる冷媒通路４１が形成されている。

エバポレータ４は、Ｙ軸方向における端部４ａ，４ｂを有している。ここで、Ｙ軸方向は本発明に係る「所定方向」の一例である。また、端部４ａは、本発明に係る「一端部」の一例であり、端部４ｂは、本発明に係る「他端部」の一例である。端部４ａには、冷媒通路４１の入口４１ａが形成されており、端部４ｂには、冷媒通路４１の出口４１ｂが形成されている。上述した冷媒通路２の第１冷媒通路２１は、入口４１ａに接続されており、冷媒通路２の第２冷媒通路２２は、出口４１ｂに接続されている。出口４１ｂから第２冷媒通路２２に流出する冷媒の温度Ｔは、出口４１ｂに設けられた温度センサ５２（図１参照）により検知される。エバポレータ４は、エバポレータ４をＸ軸方向に通過する（詳細には、隣り合うチューブの間をＸ軸方向に流れる）空気と、冷媒通路４１を流れる冷媒とを熱交換させるように構成されている。

図１に示される膨張弁３７は、制御信号に基づいて弁体（不図示）が姿勢を変更する電磁弁である。膨張弁３７は、冷媒通路２の第２冷媒通路２２に設けられ、全閉状態と全開状態との間で開度を変更することができる。膨張弁３７とエバポレータ４との間の第２冷媒通路２２を流れる冷媒の圧力ＰＬは、冷媒圧力センサ５５により検知される。

コントローラ６は、メモリ（不図示）等のデバイスから成る電子制御ユニットである。図３に示されるように、コントローラ６は、エンジン回転数センサ５１、温度センサ５２、アクセル開度センサ５３、筒内圧力センサ５４、及び冷媒圧力センサ５５から検知信号を受信するように構成されている。コントローラ６は、各検知信号に基づいて所定の演算を行うことにより、エンジン１２０の回転数、エバポレータ４の出口４１ｂ近傍の冷媒の温度Ｔ、アクセルペダル１１５の踏み込みに基づくスロットル弁１３３の開度、燃焼室１２１の圧力ＰＣ、及び膨張弁３７とエバポレータ４の間を流れる冷媒の圧力ＰＬ等の情報を取得する。

また、コントローラ６は、取得した情報に基づいて制御信号や要求信号を生成する。コントローラ６は、この制御信号や要求信号をコンプレッサ３１、膨張弁３７や、後述する空調装置９のブロワ９５、ダンパＤ１～Ｄ４、及びエンジン１２０に送信することにより、各要素を制御する。

さらに、コントローラ６は、取得した情報に基づいて、その時点のエンジン１２０の駆動状態が、「ノッキング発生域」と「非ノッキング発生域」のいずれに属するかを判定する。ここで、「ノッキング発生域」は、エンジン１２０のノッキングが比較的発生し易い駆動状態であり、「非ノッキング発生域」は、「ノッキング発生域」と比べてエンジン１２０のノッキングが比較的発生し難い駆動状態である。コントローラ６のメモリには、エンジン１２０への要求トルクや回転数等に基づいて「ノッキング発生域」及び「非ノッキング発生域」を定めるマップが記憶されている。コントローラ６は、その時点のエンジン１２０への要求トルク等を算出し、この算出値に基づいてマップを参照することにより、上記判定を行う。

＜空調装置の構成＞
車両１００は、空調装置９を搭載している。空調装置９は、車両１００の車室内の温度を調整するために搭載されており、吸気冷却システム１と冷媒を共用して運転する。車両１００の乗員は、車室に設けられたスイッチ（不図示）を操作することにより、空調装置９に運転開始及び運転停止を指示したり、車室内の温度の目標値を設定したりすることができる。空調装置９は、ケーシング９１と、ブロワ９５と、と、ヒータ９６と、ダンパＤ１～Ｄ４と、を備えている。

ケーシング９１は空調装置９の筐体である。ケーシング９１の外側面には、吸込口９１ａと、供給口９１ｂ～９１ｅが形成されている。供給口９１ｂは、上述した吸気ダクト１３０に接続されている。また、供給口９１ｃ～９１ｅは、それぞれ、車室のフロントガラスに空気を導くダクト、乗員の顔に空気を導くダクトや、乗員の足元に空気を導くダクト（いずれも不図示）に接続されている。さらに、ケーシング９１には、車室外又は車室内から空気を取り込むダクト９７が接続されている。ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれ、後述するようにエンジン１２０の燃焼室１２１に供給される空気は、上述した「吸気」に相当する。したがって、以下の説明では、ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれ、その後にエンジン１２０の燃焼室１２１に供給される空気を「吸気」ともいう。

上述したように、ケーシング９１内にはエバポレータ４が配置されている。さらに、ケーシング９１内には、エバポレータ４を通過させることなく吸気を流す連絡通路９２と、エバポレータ４に空気を導く上流側通路９３と、エバポレータ４を通過した空気を流す下流側通路９４と、が形成されている。連絡通路９２は、ダクト９７により取り込まれた空気を供給口９１ｂに導くように構成されている。下流側通路９４は、エンジン側通路９４ａ及び車室側通路９４ｂを有している。エンジン側通路９４ａは、矢印Ａ１３で示されるように、エバポレータ４を通過した空気を供給口９１ｂに導く。車室側通路９４ｂは、矢印Ａ１４で示されるように、エバポレータ４を通過した空気を供給口９１ｃ～９１ｅに導く。

ブロワ９５は、制御信号に基づいて駆動する電動送風機であり、空調装置９のケーシング９１内に配置されている。ブロワ９５は、吸込口９１ａを介してケーシング９１外から空気を吸引し、当該空気を上流側通路９３に向けて吹き出す。尚、本明細書では、ブロワ９５が上流側通路９３に向けて吹き出し、後述するように供給口９１ｃ～９１ｅを介して車室に供給される空気を「車室用空気」ともいう。

ヒータ９６は、車室側通路９４ｂに配置されている。ヒータ９６は、電力の供給を受けて発熱し、ヒータ９６を通過する車室用空気を加熱する。

ダンパＤ１～Ｄ４は、ケーシング９１内の空気の指向性を変更する機器である。ダンパＤ１～Ｄ４は、制御信号に基づいて駆動するアクチュエータ（不図示）により、所定範囲内で揺動可能に構成されている。

ダンパＤ１は、連絡通路９２と上流側通路９３との間に設けられている。ダンパＤ１は、実線で示される第１位置Ｐ１１と、破線で示される第２位置Ｐ１２と、の間で揺動可能に構成されている。

ダンパＤ２は本発明に係る「ダンパ」の一例であり、上流側通路９３に設けられている。ダンパＤ３は、下流側通路９４のエンジン側通路９４ａと車室側通路９４ｂとの間に設けられおり、エバポレータ４を挟んでダンパＤ２と対向している。ダンパＤ２，Ｄ３は、実線で示される出口側位置Ｐ２１，Ｐ３１と、破線で示される入口側位置Ｐ２２，Ｐ３２と、の間で揺動可能に構成されている。

ダンパＤ４は、車室側通路９４ｂに設けられている。ダンパＤ４は、ヒータ９６を通過する通路を開閉するように構成されている。

＜吸気冷却システム及び空調装置の動作＞
（１）車室内の温度の調整のみが行われる場合
エンジン１２０のノッキングが生じるおそれが比較的低く、且つ、車両１００の乗員が空調装置９に運転を指示している場合、吸気冷却システム１及び空調装置９は、吸気を冷却することなく、車室内の温度を調整するように動作する。このとき、コンプレッサ３１及びブロワ９５が駆動し、膨張弁３７は開状態となる。

ダンパＤ１は、第１位置Ｐ１１に配置される。これにより、上流側通路９３がダンパＤ１により遮蔽される。ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれた吸気は、矢印Ａ１１で示されるように、連絡通路９２に流入する。この吸気は、ケーシング９１の供給口９１ｂから吸気ダクト１３０に供給され、吸気ダクト１３０内の吸気通路１３０ａを流れて、エンジン１２０の燃焼室１２１に供給される。

ダンパＤ２は、出口側位置Ｐ２１に配置される。これにより、ブロワ９５から吹き出されて上流側通路９３に流入した車室用空気は、エバポレータ４のうち入口４１ａ寄りに位置する領域に供給される。本明細書では、エバポレータ４のうち車室用空気が供給される領域を「第１領域Ｒ１」という（図７参照）。下流側通路９４に配置されているダンパＤ３は、ダンパＤ２と対応する出口側位置Ｐ３１に配置されている。

コンプレッサ３１は、エンジン１２０の出力軸の回転に基づいて駆動し、気相の冷媒を圧縮するとともに、第１冷媒通路２１に吐出する。冷媒は、コンプレッサ３１において圧縮されることにより液相となり、その温度と圧力が上昇する。

コンプレッサ３１から吐出された液相の冷媒は、次に、コンデンサ３３に供給される。当該冷媒は、コンデンサ３３内の通路を流れる際に、グリル１１１から流入してコンデンサ３３の外表面を流れる空気と熱交換することにより、冷却される。コンデンサ３３内の通路を通過した冷媒は、第２冷媒通路２２に排出される。

第２冷媒通路２２を流れる冷媒は、次に膨張弁３７に供給される。冷媒は、この膨張弁３７を通過する際に膨張し、その温度が低下する。

膨張弁３７を通過した低温の冷媒は、次にエバポレータ４に供給される。当該冷媒は、エバポレータ４内の冷媒通路４１を流れる際に、上述したエバポレータ４の第１領域Ｒ１を通過する車室用空気と熱交換することにより、気化する。すなわち、エバポレータ４の外表面を流れる車室用空気は、冷媒との熱交換により冷却される。エバポレータ４内の冷媒通路４１を通過した冷媒は、第３冷媒通路２３により再びコンプレッサ３１に供給される。

エバポレータ４の第１領域Ｒ１を通過した車室用空気は、下流側通路９４に流入する。この車室用空気は、出口側位置Ｐ３１に配置されているダンパＤ３により、車室側通路９４ｂに導かれる。車室側通路９４ｂを流れる車室用空気は、ダンパＤ４の位置に基づいてヒータ９６を通過又は迂回した後、供給口９１ｃ～９１ｅの少なくとも１つを介して、車両１００の車室に供給される。

（２）吸気の冷却及び車室内の温度の調整が行われる場合
エンジン１２０のノッキングが生じるおそれが比較的高く、且つ、車両１００の乗員が空調装置９に運転を指示している場合、吸気冷却システム１及び空調装置９は、吸気を冷却しつつ、車室内の温度を調整するように動作する。このとき、コンプレッサ３１及びブロワ９５が駆動し、膨張弁３７が開状態となる。

このときの膨張弁３７の開度は、エンジン１２０の吸気の冷却度合が高いほど、大きく設定される。詳細には、エンジン１２０のノッキングが生じるおそれが高いほど、単位時間あたりにエンジン１２０の吸気から奪う必要がある熱量も大きくなるところ、膨張弁３７の開度は、当該熱量が大きいほど、大きく設定される。

ダンパＤ１は、第２位置Ｐ１２に配置される。これにより、連絡通路９２がダンパＤ１により遮蔽される。ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれた吸気は、矢印Ａ１２で示されるように、上流側通路９３に流入する。

ダンパＤ２は、中間位置Ｐ２３（図８参照）に配置される。中間位置Ｐ２３は、出口側位置Ｐ２１と入口側位置Ｐ２２との間の位置である。ダクト９７を介して上流側通路９３に流入した吸気は、エバポレータ４のうち出口４１ｂ寄りに位置する領域に供給される。本明細書では、エバポレータ４のうち吸気が供給される領域を「第２領域Ｒ２」という（図８参照）。

エバポレータ４の第２領域Ｒ２を通過して冷却された吸気は、下流側通路９４に流入する。この吸気は、出口側位置Ｐ３１と入口側位置Ｐ３２との間の中間位置Ｐ３３（図８参照）に配置されているダンパＤ３により、矢印Ａ１３で示されるように、エンジン側通路９４ａに導かれる。そして、吸気は、ケーシング９１の供給口９１ｂから吸気ダクト１３０に供給され、吸気ダクト１３０内の吸気通路１３０ａを流れて、エンジン１２０の燃焼室１２１に供給される。

また、ブロワ９５から吹き出されて上流側通路９３に流入した車室用空気が、エバポレータ４の第１領域Ｒ１に供給される。ダンパＤ２が中間位置Ｐ２３に配置されているため、この場合の第１領域Ｒ１のサイズは、上述した「（１）車室内の温度の調整のみが行われる場合」の第１領域Ｒ１のサイズと比べて小さい。

エバポレータ４の第１領域Ｒ１を通過した車室用空気は、下流側通路９４に流入する。この車室用空気は、中間位置Ｐ３３に配置されているダンパＤ３により、車室側通路９４ｂに導かれる。車室側通路９４ｂを流れる車室用空気は、ダンパＤ４の位置に基づいてヒータ９６を通過又は迂回した後、供給口９１ｃ～９１ｅの少なくとも１つを介して、車両１００の車室に供給される。

（３）吸気の冷却のみが行われる場合
エンジン１２０のノッキングが生じるおそれが比較的高く、且つ、車両１００の乗員が空調装置９に運転を指示していない場合、吸気冷却システム１及び空調装置９は、車室内の温度を調整することなく、吸気を冷却するように動作する。このとき、ブロワ９５は駆動することなくコンプレッサ３１が駆動し、膨張弁３７は開状態となる。

ダンパＤ１は、第２位置Ｐ１２に配置される。これにより、連絡通路９２がダンパＤ１により遮蔽される。ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれた吸気は、矢印Ａ１２で示されるように、上流側通路９３に流入する。

ダンパＤ２は、入口側位置Ｐ２２に配置される。ダクト９７を介して上流側通路９３に流入した吸気は、エバポレータ４の第２領域Ｒ２に供給される。ダンパＤ２が入口側位置Ｐ２２に配置されているため、この場合の第２領域Ｒ２のサイズは、上述した「（１）車室内の温度の調整のみが行われる場合」及び「（２）吸気の冷却及び車室内の温度の調整が行われる場合」の第２領域Ｒ２のサイズと比べて大きい。

エバポレータ４の第２領域Ｒ２を通過して冷却された吸気は、下流側通路９４に流入する。この吸気は、入口側位置Ｐ３２に配置されているダンパＤ３により、矢印Ａ１３で示されるように、エンジン側通路９４ａに導かれる。そして、ケーシング９１の供給口９１ｂから吸気ダクト１３０に供給され、吸気ダクト１３０内の吸気通路１３０ａを流れて、エンジン１２０の燃焼室１２１に供給される。

また、ブロワ９５から吹き出されて上流側通路９３に流入した車室用空気が、エバポレータ４の第１領域Ｒ１に供給される。ダンパＤ２が入口側位置Ｐ２２に配置されているため、この場合の第１領域Ｒ１のサイズは、上述した「（１）車室内の温度の調整のみが行われる場合」や「（２）吸気の冷却及び車室内の温度の調整が行われる場合」の第１領域Ｒ１のサイズと比べて小さい。

エバポレータ４の第１領域Ｒ１を通過した車室用空気は、下流側通路９４に流入する。この車室用空気は、入口側位置Ｐ３２に配置されているダンパＤ３により、車室側通路９４ｂに導かれる。車室側通路９４ｂを流れる車室用空気は、ダンパＤ４の位置に基づいてヒータ９６を通過又は迂回した後、供給口９１ｃ～９１ｅの少なくとも１つを介して、車両１００の車室に供給される。

＜コントローラが実行する処理＞
次に、図４乃至図１０を参照しながら、コントローラ６が実行する処理について説明する。図４乃至図６は、コントローラ６が実行する処理を示すフローチャートである。図７乃至図１０は、エバポレータ４及びダンパＤ２，Ｄ３を示す模式図である。

まず、コントローラ６は、図４に示されるステップＳ１で、空調装置９が運転中であるか否かを判定する。空調装置９が運転中であると判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、コントローラ６は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２で、コントローラ６は、車室用空気の冷却のためにエバポレータ４に供給する必要がある冷媒の流量Ｑｒが、閾値Ｑｒ１以上であるか否かを判定する。例えば夏季に乗員が車両１００に乗り込んだ直後など、車室内の温度と目標温度とが大きく乖離している場合は、流量Ｑｒも大きくなる。流量Ｑｒが閾値Ｑｒ１以上であると判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、コントローラ６は、車室用空気の冷却を優先させるべく、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、コントローラ６は、ダンパＤ２を出口側位置Ｐ２１に配置し、ダンパＤ３を出口側位置Ｐ３１に配置する。これにより、ブロワ９５が吹き出した車室用空気は、図７に矢印Ａ７１，Ａ７２で示されるように、エバポレータ４の第１領域Ｒ１を通過する。

ステップＳ４で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を比較的大きいＶｏ１に設定する。これにより、入口４１ａからエバポレータ４内に流入する液相冷媒の流量が比較的大きくなり、エバポレータ４内における液相冷媒及び気相冷媒の分布は、概ね図７に示されるとおりとなる。すなわち、第１領域Ｒ１の広範囲に亘って液相冷媒が存在する。これにより、車室用空気は、第１領域Ｒ１を通過する際に液相冷媒と熱交換を行い、迅速に冷却される。

ステップＳ５で、コントローラ６は、過熱度ＳＨを算出する。過熱度ＳＨは、エバポレータ４における冷媒の気化の度合を示す指標である。過熱度ＳＨが過大である場合は、冷媒が入口４１ａに近い範囲で気化してしまい、液相冷媒がエバポレータ４内の十分な範囲に存在していないと推定される。一方、過熱度ＳＨが過小である場合は、エバポレータ４内で冷媒が十分に気化しておらず、出口４１ｂから液相冷媒が流出するおそれがあると推定される。冷媒が液相のまま、第３冷媒通路２３によりコンプレッサ３１に供給されると、コンプレッサ３１が冷媒を圧縮する際の負荷が過大となり、コンプレッサ３１が損傷するおそれがある。したがって、過熱度ＳＨは適正範囲に維持される必要がある。

過熱度ＳＨを算出する際、コントローラ６は、まず、冷媒圧力センサ５５から受信する検知信号に基づいて所定の演算をおこなうことにより、膨張弁３７とエバポレータ４との間を流れる冷媒の圧力ＰＬを取得する。次に、コントローラ６は、この圧力ＰＬに基づいて、メモリに記憶されているマップを参照することにより、冷媒の飽和温度を特定する。次に、コントローラ６は、温度センサ５２から受信する検知信号に基づいて所定の演算を行うことにより、エバポレータ４の冷媒通路４１の出口４１ｂにおける冷媒の温度Ｔを取得する。そして、コントローラ６は、冷媒の飽和温度と、出口４１ｂにおける冷媒の温度Ｔとに基づいて所定の演算を行うことにより、過熱度ＳＨを算出する。

ステップＳ６で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を調整するための第１調整処理を実行する。図５を参照しながら、この第１調整処理について説明する。第１調整処理は、膨張弁３７の開度を比較的大きくした場合に実行される処理である。

ステップＳ２１で、コントローラ６は、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１よりも大きく且つ閾値ＳＨ１２よりも小さいか否かを判定する。閾値ＳＨ１１，ＳＨ１２は、それぞれ、膨張弁３７の開度を比較的大きくした場合に過熱度ＳＨが適正範囲にあるか否かを評価するための下限値、上限値である。過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１よりも大きく且つ閾値ＳＨ１２よりも小さいと判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、すなわち、過熱度ＳＨが適正範囲にある場合、コントローラ６はステップＳ２２に進む。そして、ステップＳ２２で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を維持する。

これに対し、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１よりも大きく且つ閾値ＳＨ２よりも小さいと判定しなかった場合（Ｓ２１：ＮＯ）、すなわち、過熱度ＳＨが適正範囲にない場合、コントローラ６はステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３で、コントローラ６は、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１以下であるか否かを判定する。過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１以下であると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、すなわち、過熱度ＳＨが過小である場合、コントローラ６はステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を減少させる。これにより、膨張弁３７を介してエバポレータ４に供給される液相冷媒の流量が減少し、過熱度ＳＨが上昇する。

一方、ステップＳ２３で、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１以下であると判定しなかった場合（Ｓ２３：ＮＯ）、すなわち、過熱度ＳＨが過大である場合、コントローラ６はステップＳ２５に進む。そして、ステップＳ２５で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を増加させる。これにより、膨張弁３７を介してエバポレータ４に供給される液相冷媒の流量が増加し、過熱度ＳＨが低下する。

再び図４を参照しながら説明を続ける。ステップＳ２で、流量Ｑｒが閾値Ｑｒ１以上であると判定しなかった場合（Ｓ２：ＮＯ）、コントローラ６は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７で、コントローラ６は、ダンパＤ２を中間位置Ｐ２３に配置し、ダンパＤ３を中間位置Ｐ３３に配置する。これにより、ブロワ９５が吹き出した車室用空気は、図８に矢印Ａ８１，Ａ８２で示されるように、エバポレータ４の第１領域Ｒ１を通過する。このときの第１領域Ｒ１のサイズは、ダンパＤ２，Ｄ３が出口側位置Ｐ２１，Ｐ３１に配置されている場合のもの（図７参照）よりも小さい。また、ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれた吸気は、矢印Ａ８３，Ａ８４で示されるように、エバポレータ４の第２領域Ｒ２を通過する。

ステップＳ８で、コントローラ６は、エンジン１２０の吸気の冷却が必要か否かを判定する。具体的には、コントローラ６は、その時点のエンジン１２０の駆動状態がノッキング発生域に属している場合に、エンジン１２０の吸気の冷却が必要であると判定する。コントローラ６は、アクセルペダル１１５の踏み込み量等からエンジン１２０への要求トルク等を算出し、エンジン１２０の回転数や要求トルクに基づき、メモリに記憶されているマップを参照することにより、当該判定を行う。この他にも、コントローラ６は、筒内圧力センサ５４により検知される燃焼室１２１の圧力ＰＣの最大値が所定の閾値を越えた場合に、エンジン１２０の駆動状態がノッキング発生域に属していると判定してもよい。エンジン１２０の吸気の冷却が必要であると判定した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、コントローラ６は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を比較的大きいＶｏ２に設定する。開度Ｖｏ２は、上述したステップＳ４における開度Ｖｏ１よりも大きい（Ｖｏ２＞Ｖｏ１）。また、開度Ｖｏ２は、エンジン１２０の吸気の冷却度合が高いほど、大きく設定される。これにより、入口４１ａからエバポレータ４内に流入する液相冷媒の流量が比較的大きくなり、エバポレータ４内における液相冷媒及び気相冷媒の分布は、概ね図８に示されるとおりとなる。液相冷媒は、第１領域Ｒ１を超えて、第２領域Ｒ２にも存在している。これにより、車室用空気、吸気は、それぞれ、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２を通過する際に液相冷媒と熱交換を行い、迅速に冷却される。ステップＳ９の処理の実行後、コントローラ６は、ステップＳ１０，Ｓ１１で、上述したステップＳ５，Ｓ６と同様の処理を実行する。

これに対し、ステップＳ８で、エンジン１２０の吸気の冷却が必要であると判定しなかった場合（Ｓ８：ＮＯ）、つまり、その時点のエンジン１２０の駆動状態がノッキング発生域に属していない場合、コントローラ６は、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を比較的小さいＶｏ３に設定する。開度Ｖｏ３は、上述したステップＳ４における開度Ｖｏ１や、ステップＳ９における開度Ｖｏ２よりも小さい（Ｖｏ２＞Ｖｏ１＞Ｖｏ３）。これにより、入口４１ａからエバポレータ４内に流入する液相冷媒の流量が比較的小さくなり、エバポレータ４内における液相冷媒及び気相冷媒の分布は、概ね図９に示されるとおりとなる。液相冷媒は、第１領域Ｒ１領域の一部に存在しており、第２領域Ｒ２には存在しない。これにより、車室用空気は、第１領域Ｒ１を通過する際に液相冷媒と熱交換を行い、冷却される。

ステップＳ１３で、コントローラ６は、上述したステップＳ５と同様に、過熱度ＳＨを算出する。

ステップＳ１４で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を調整するための第２調整処理を実行する。図６を参照しながら、この第２調整処理について説明する。第２調整処理は、膨張弁３７の開度を比較的小さくした場合に実行される処理である。

ステップＳ３１で、コントローラ６は、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ２１よりも大きく且つ閾値ＳＨ２２よりも小さいか否かを判定する。閾値ＳＨ２１，ＳＨ２２は、それぞれ、膨張弁３７の開度を比較的小さくした場合に過熱度ＳＨが適正範囲にあるか否かを評価するための下限値、上限値である。過熱度ＳＨが閾値ＳＨ２１よりも大きく且つ閾値ＳＨ２２よりも小さいと判定した場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、すなわち、過熱度ＳＨが適正範囲にある場合、コントローラ６はステップＳ３２に進む。そして、ステップＳ３２で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を維持する。

これに対し、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ１１よりも大きく且つ閾値ＳＨ２よりも小さいと判定しなかった場合（Ｓ３１：ＮＯ）、すなわち、過熱度ＳＨが適正範囲にない場合、コントローラ６はステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３で、コントローラ６は、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ２２以上であるか否かを判定する。過熱度ＳＨが閾値ＳＨ２２以上であると判定した場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、すなわち、過熱度ＳＨが過大である場合、コントローラ６はステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を増加させる。これにより、膨張弁３７を介してエバポレータ４に供給される液相冷媒の流量が増加し、過熱度ＳＨが低下する。

一方、ステップＳ３３で、過熱度ＳＨが閾値ＳＨ２２以上であると判定しなかった場合（Ｓ３３：ＮＯ）、すなわち、過熱度ＳＨが過小である場合、コントローラ６は、ステップＳ３５に進む。そして、ステップＳ３５で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を減少させる。これにより、膨張弁３７を介してエバポレータ４に供給される冷媒の流量が減少し、過熱度ＳＨが増加する。

再び図４を参照しながら説明を続ける。ステップＳ１で、空調装置９が運転中であると判定しなかった場合（Ｓ１：ＮＯ）、コントローラ６は、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５で、コントローラ６は、上述したステップＳ８と同様に、エンジン１２０の吸気の冷却が必要か否かを判定する。エンジン１２０の吸気の冷却が必要であると判定しなかった場合（Ｓ１５：ＮＯ）、コントローラ６は、処理を終了する。一方、エンジン１２０の吸気の冷却が必要であると判定した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、コントローラ６は、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６で、コントローラ６は、ダンパＤ２を入口側位置Ｐ２２に配置し、ダンパＤ３を入口側位置Ｐ３２に配置する。これにより、ダクト９７を介してケーシング９１内に取り込まれた吸気は、図１０に矢印Ａ１０１，Ａ１０２で示されるように、エバポレータ４の第２領域Ｒ２を通過する。このときの第１領域Ｒ１のサイズは、ダンパＤ２，Ｄ３が出口側位置Ｐ２１，Ｐ３１や中間位置Ｐ２３，Ｐ３３に配置されている場合のもの（図７乃至図９参照）よりも小さい。一方、このときの第２領域Ｒ２のサイズは、ダンパＤ２，Ｄ３が出口側位置Ｐ２１，Ｐ３１や中間位置Ｐ２３，Ｐ３３に配置されている場合のもの（図７乃至図９参照）よりも大きい。

ステップＳ１７で、コントローラ６は、膨張弁３７の開度を比較的大きいＶｏ２に設定する。これにより、入口４１ａからエバポレータ４内に流入する液相冷媒の流量が比較的大きくなり、エバポレータ４内における液相冷媒及び気相冷媒の分布は、概ね図１０に示されるとおりとなる。液相冷媒は、第１領域Ｒ１を超えて、第２領域Ｒ２にも存在している。これにより、吸気は、第２領域Ｒ２を通過する際に液相冷媒と熱交換を行い、迅速に冷却される。ステップＳ１７の処理の実行後、コントローラ６は、ステップＳ１８，Ｓ１９で、上述したステップＳ５，Ｓ６と同様の処理を実行する。

＜作用効果＞
上記構成では、車室用空気をエバポレータ４の第１領域Ｒ１に通過させて冷却し、エンジン１２０の吸気をエバポレータ４の第２領域Ｒ２に通過させて冷却する。エバポレータ４内の冷媒通路４１の入口４１ａ寄りに位置する第１領域Ｒ１は、第１領域Ｒ１よりも出口４１ｂ側に位置する第２領域Ｒ２と比べて、迅速且つ効果的に空気を冷却することができる。このように、車室用空気をエバポレータ４の第１領域Ｒ１において優先的に冷却することにより、吸気の冷却に先駆けて、車室用空気を迅速に冷却することが可能になる。

また、車室用空気を第１領域Ｒ１において冷却している間に、エバポレータ４の構造体における熱伝導により、第２領域Ｒ２を予冷することができる。この結果、エンジン１２０の吸気の冷却が必要となった場合に、第２領域Ｒ２において吸気を迅速に冷却することが可能になる。

また、吸気冷却システム１は、膨張弁３７を制御するコントローラ６を備えている。コントローラ６は、エンジン１２０の吸気を冷却する場合は、エンジン１２０の吸気を冷却しない場合と比べて膨張弁３７の開度を大きくする。

この構成によれば、エンジン１２０の吸気を冷却する場合は、エバポレータ４内の冷媒通路４１において液相冷媒が存在する領域を冷媒通路４１の出口４１ｂ側に拡大することができる。これにより、第２領域Ｒ２に存在する液相冷媒の量を増加させ、確実にエンジン１２０の吸気を冷却することが可能になる。

また、コントローラ６は、エンジン１２０の吸気の冷却度合が高い場合は、エンジン１２０の吸気の冷却度合が低い場合と比べて膨張弁３７の開度を大きくする。

この構成によれば、エンジン１２０の吸気の冷却度合が高い場合は、エバポレータ４内の冷媒通路４１において液相冷媒が存在する領域を冷媒通路４１の出口４１ｂ側に拡大することができる。これにより、第２領域Ｒ２に存在する液相冷媒の量を増加させ、確実にエンジン１２０の吸気を冷却することが可能になる。

また、吸気冷却システム１は、エバポレータ４における第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の割合を変更するダンパＤ２を備えている。コントローラ６は、エンジン１２０の吸気を冷却しない場合は、エンジン１２０の吸気を冷却する場合と比べて、第１領域Ｒ１の割合を大きくするようにダンパＤ２を制御する。

この構成によれば、空調装置９が車室に空気を供給し且つエンジン１２０の吸気を冷却しない場合は、空調装置９が車室に空気を供給し且つエンジン１２０の吸気を冷却する場合と比べて第１領域Ｒ１の割合を大きくすることにより、エバポレータ４により冷却される車室用空気の流量を大きくすることができる。この結果、エバポレータ４を大型化することなく、車室用空気の流量を十分なものにすることが可能になる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

１ 吸気冷却システム
３１ コンプレッサ
３７ 膨張弁
４ エバポレータ
４１ 冷媒通路
４１ａ 入口
４１ｂ 出口
６ コントローラ
１００ 車両
１２０ エンジン
１２１ 燃焼室
Ｄ２ ダンパ

Claims (4)

1. 車両のエンジンの吸気を冷却する吸気冷却システムであって、
   気相の冷媒を圧縮して液相に変化させるコンプレッサと、
   前記コンプレッサから供給される冷媒を膨張させる膨張弁と、
   内部に冷媒通路が形成され、所定方向における一端部寄りの部分に前記冷媒通路の入口が設けられ、前記所定方向における他端部寄りの部分に前記冷媒通路の出口が設けられ、前記膨張弁から供給され前記冷媒通路を流れる冷媒と、外表面を前記所定方向と直交する方向に流れる空気とを熱交換させることにより、該冷媒を気化させるとともに該空気を冷却するエバポレータと、を備え、
   前記エバポレータは、
   前記車両に搭載された空調装置が車室に供給する空気が、前記入口寄りに位置する前記エバポレータの第１領域を通過し、
   前記エンジンの吸気が、前記第１領域よりも前記出口側に位置する前記エバポレータの第２領域を通過し得るように配置されている、吸気冷却システム。
2. 前記膨張弁を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記エンジンの吸気を冷却する場合は、前記エンジンの吸気を冷却しない場合と比べて前記膨張弁の開度を大きくする、請求項１に記載の吸気冷却システム。
3. 前記膨張弁を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記エンジンの吸気の冷却度合が高い場合は、前記エンジンの吸気の冷却度合が低い場合と比べて前記膨張弁の開度を大きくする、請求項１又は２に記載の吸気冷却システム。
4. 前記エバポレータにおける前記第１領域と前記第２領域の割合を変更するダンパを備え、
   前記コントローラは、前記空調装置が車室に空気を供給し且つ前記エンジンの吸気を冷却しない場合は、前記空調装置が車室に空気を供給し且つ前記エンジンの吸気を冷却する場合と比べて、前記第１領域の割合を大きくするように前記ダンパを制御する、請求項２又は３に記載の吸気冷却システム。

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